수능(화학I) 필기 기출문제복원 (2015-04-09)

수능(화학I) 2015-04-09 필기 기출문제 해설

이 페이지는 수능(화학I) 2015-04-09 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

수능(화학I)
(2015-04-09 기출문제)

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1과목: 과목구분없음

1. 그림은 암모니아의 합성 과정과 이용 사례를 간략히 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 암모니아 합성 공정(하버-보슈법)에 대한 이해를 묻는 문제입니다.
    공기에서 분별 증류를 통해 얻는 성분 $\text{ㄱ}$은 질소($N_{2}$)이며, 메테인($CH_{4}$)을 이용해 수소($H_{2}$)를 얻는 과정 (가)는 수증기 개질 반응으로 화학 변화가 일어납니다.
    이렇게 합성된 암모니아($NH_{3}$)는 질소 비료의 원료가 되어 인류의 식량 부족 문제를 해결하는 데 결정적인 기여를 하였습니다.
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1

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2. 다음은 산 염기 반응의 화학 반응식이다.

(가), (나)에서 반응물 중 루이스 염기로 작용한 물질만을 있는 대로 고른 것은?

  1. NH3
  2. HClO4
  3. NH3, H2O
  4. HF, H2O
  5. NH3, HClO4
(정답률: 알수없음)
  • 루이스 염기는 전자쌍을 제공하는 물질입니다.
    (가) $\text{NH}_3 + \text{HF} \rightarrow \text{NH}_4^+ + \text{F}^-$에서 $\text{NH}_3$가 $\text{H}^+$를 받아 전자쌍을 제공하므로 루이스 염기입니다.
    (나) $\text{HClO}_4 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{ClO}_4^- + \text{H}_3\text{O}^+$에서 $\text{H}_2\text{O}$가 $\text{H}^+$를 받아 전자쌍을 제공하므로 루이스 염기입니다.
    따라서 루이스 염기로 작용한 물질은 $\text{NH}_3, \text{H}_2\text{O}$입니다.
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3. 다음은 2가지 화학 반응에 대한 설명이다.

두 반응의 공통점으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 반응 (가)는 $2\text{H}_2(\text{g}) + \text{O}_2(\text{g}) \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}(\text{l})$이고, 반응 (나)는 $2\text{Na}(\text{s}) + \text{Cl}_2(\text{g}) \rightarrow 2\text{NaCl}(\text{s})$ 입니다.
    두 반응 모두 반응물은 $\text{H}_2, \text{O}_2, \text{Na}, \text{Cl}_2$와 같은 원소 상태이며, 생성물은 $\text{H}_2\text{O}, \text{NaCl}$과 같은 화합물입니다.

    오답 노트
    반응 (나)의 생성물인 $\text{NaCl}$은 이온 결합 물질로, 분자로 표시하지 않습니다.
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4. 그림은 3가지 탄소(C) 동소체를 2가지 기준에 따라 분류한 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 탄소 원자가 $3$개의 탄소 원자와 결합하는 동소체는 그래핀과 풀러렌이며, 다이아몬드는 $4$개와 결합하므로 B는 다이아몬드입니다.
    그래핀은 모든 탄소 원자가 동일한 평면 구조를 가지며, 풀러렌은 구형 구조를 가집니다. 따라서 (가)의 조건은 '모든 탄소 원자가 같은 평면에 존재하는가?'가 되어 A는 그래핀, 풀러렌은 풀러렌이 됩니다.

    오답 노트
    B(다이아몬드)는 입체적인 정사면체 구조이므로 모든 탄소 원자가 같은 평면에 존재하지 않습니다.
    물질 $1\text{g}$에 포함된 탄소 원자 수는 몰 질량과 관계없이 탄소라는 동일 원소이므로 항상 같습니다.
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5. 그림은 플루오린(F)을 포함한 분자 (가) ∼(다)의 쌍극자 모멘트와 구성 원소 간의 전기 음성도 차를 나타낸 것이다. (가)∼(다)는 각각 XF2, YF3, ZF4 중 하나이며, X∼Z는 2주기 원소이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, X∼Z는 임의의 원소 기호이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 분자의 쌍극자 모멘트가 $0$인 (가)는 대칭 구조인 $ZF_4$ (정사면체)이며, 전기 음성도 차가 가장 크므로 $Z$는 $X, Y$보다 전기 음성도가 작습니다.
    (나)는 쌍극자 모멘트가 크고 전기 음성도 차가 중간인 $YF_3$ (삼각뿔)이며, (다)는 전기 음성도 차가 가장 작은 $XF_2$ (굽은형)입니다.
    따라서 (가)는 $ZF_4$로 극성 공유 결합은 존재하지만 분자 전체는 무극성 분자이며, (나)는 $YF_3$가 맞습니다.

    오답 노트
    전기 음성도 차가 가장 큰 (가)의 $Z$가 $F$와 가장 차이가 많이 나므로, 전기 음성도는 $Z < Y < X$ 순입니다. 따라서 $X$가 $Z$보다 작다는 설명은 틀렸습니다.
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6. 다음은 원자 A와 B에 대한 자료이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A와 B는 임의의 원소 기호이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 원자 번호는 양성자 수와 같고, 질량수는 양성자 수와 중성자 수의 합입니다.
    A의 경우 원자 번호가 $17$이고 중성자가 양성자보다 $1$개 많으므로 중성자 수는 $18$, 질량수는 $17 + 18 = 35$가 되어 ${}_{17}^{35}A$로 표시하는 것이 맞습니다.
    B의 경우 질량수가 $19$이고 중성자가 양성자보다 $1$개 많으므로, 양성자 수 $x$에 대해 $x + (x + 1) = 19$가 되어 양성자 수는 $9$, 중성자 수는 $10$이 됩니다.
    A의 원자 번호는 $17$(염소), B의 원자 번호는 $9$(플루오린)로 둘 다 $17$족 원소이므로 같은 족 원소입니다.
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7. 그림 (가) ~ (다)는 9F, 9F+, 9F2+의 전자 배치를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 플루오린($_{9}F$)의 전자 배치와 이온화 과정을 분석하는 문제입니다.
    ㄷ. (다)는 $F^{2+}$의 배치로, $2p$ 오비탈에 전자가 하나씩 배치되어 스핀 방향이 같은 훈트 규칙을 만족하므로 옳습니다.

    오답 노트
    ㄱ. (가)는 $F$의 바닥 상태 배치여야 하나, $2s$ 오비탈에 전자가 1개만 있어 들뜬 상태이므로 틀렸습니다.
    ㄴ. (나)에서 (다)로 갈 때는 전자를 잃는 이온화 과정으로, 에너지를 흡수해야 하므로 틀렸습니다.
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8. 다음은 일정한 압력에서 A의 분자량을 구하는 실험이다.

A의 분자량은? (단, H, O의 원자량은 각각 1, 16이고, 피스톤의 질량과 마찰은 무시한다.)

  1. 32
  2. 36
  3. 42
  4. 45
  5. 48
(정답률: 알수없음)
  • 동일한 온도와 압력에서 기체의 부피는 몰수에 비례한다는 아보가드로 법칙을 이용합니다.
    질량이 같을 때 부피비는 분자량의 역수비와 같습니다.
    ① [기본 공식] $\frac{h_{1}}{h_{2}} = \frac{M_{A}}{M_{H_{2}O}}$
    ② [숫자 대입] $\frac{16}{9} = \frac{M_{A}}{18}$
    ③ [최종 결과] $M_{A} = 32$
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9. 다음은 4가지 탄화수소를 기준 (가), (나)에 따라 분류하는 벤 다이어그램이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 탄화수소의 구조적 특징에 따른 분류 문제입니다.
    (가) 입체 구조: 사이클로프로펜, 프로펜(사슬형), 에텐(사슬형), 벤젠(평면) 중 사이클로프로펜은 고리형이지만 평면 구조에 가깝고, 프로펜과 에텐은 사슬형입니다. 하지만 여기서는 고리형/사슬형 구분이 아닌 입체/평면 구조로 분류하며, 사이클로프로펜은 입체 구조(삼각형)에 해당합니다.
    (나) 불포화 탄화수소: 이중 결합이나 삼중 결합, 또는 고리 구조를 가진 에텐, 사이클로프로펜, 벤젠이 해당합니다.
    ㄱ. I 영역(입체 구조이며 포화)에 속하는 물질은 고리 모양의 사이클로프로펜 등이 해당될 수 있어 옳습니다.
    ㄴ. II 영역(입체 구조이면서 불포화)에 속하는 물질은 사이클로프로펜 1가지이므로 옳습니다.
    ㄷ. 벤젠($C_{6}H_{6}$)은 평면 구조이면서 불포화 탄화수소이므로 III 영역에 속하여 옳습니다.
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10. 다음은 기체 X와 관련된 실험이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, H, O의 원자량은 각각 1, 16이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 알루미늄과 염산의 반응으로 생성된 기체 $X$는 수소($H_{2}$)입니다.
    과정 (나)에서 생성된 물의 양을 통해 $X$의 몰수를 구하면 다음과 같습니다.
    물의 분자량은 $18$이므로, 생성된 물의 몰수는 $3.6\text{g} / 18\text{g/mol} = 0.2\text{mol}$입니다.
    반응식 $X(g) + CuO(s) \rightarrow Cu(s) + H_{2}O(l)$에서 $X$와 $H_{2}O$의 계수비는 $1:1$이므로, 반응한 $X$의 몰수 또한 $0.2\text{mol}$입니다.
    따라서 $X$는 수소($H_{2}$)가 맞습니다.

    오답 노트
    알루미늄은 산화된다: $Al$의 산화수가 $0$에서 $+3$으로 증가하므로 산화됩니다.
    이동한 전자는 $0.4\text{mol}$이다: $H_{2} \rightarrow 2H^{+} + 2e^{-}$ 반응에서 $0.2\text{mol}$의 $H_{2}$가 반응하면 이동한 전자는 $0.2 \times 2 = 0.4\text{mol}$입니다.
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11. 표는 X 용융액과, 소량의 X를 첨가한 물을 각각 전기 분해할 때 두 전극에서 생성되는 물질을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A~D는 임의의 원소 기호이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 전기 분해 결과를 통해 물질 X를 추론합니다.
    X 용융액 분해 시 $(-)$극에서 고체 $\text{A}$, $(+)$극에서 기체 $\text{B}_2$가 생성되므로 X는 $\text{AB}$ 형태의 이온 결합 물질입니다.
    물에 소량의 X를 넣고 분해했을 때 $(-)$극에서 $\text{C}_2$($\text{H}_2$), $(+)$극에서 $\text{D}_2$($\text{O}_2$)가 생성되는 것은 물의 전기 분해 결과입니다.

    ㄱ. 용융액 상태에서 금속 $\text{A}$와 비금속 $\text{B}$가 분리되므로 이온 결합 물질입니다.
    ㄴ. X 용융액 분해 시 생성된 $\text{A}$와 $\text{B}$가 X를 구성하는 원소입니다.


    오답 노트
    $\text{C}_2$와 $\text{D}_2$의 몰수 비: 물의 전기 분해에서 $\text{H}_2 : \text{O}_2 = 2 : 1$이므로 $1 : 1$이 아닙니다.
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12. 다음은 에타인(C2H2)과 관련된 반응의 화학 반응식이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, a ~c는 반응 계수이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 화학 반응식의 계수를 맞추어 분석하면 다음과 같습니다.
    반응 (가): $\text{CaC}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ca(OH)}_2 + \text{C}_2\text{H}_2$이므로 $a = 2$입니다.
    반응 (나): $2\text{C}_2\text{H}_2 + 5\text{O}_2 \rightarrow 4\text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$이므로 $b = 2, c = 4$입니다.

    ㄴ. (가)에서 $\text{CaC}_2$의 $\text{C}$ 산화수는 $-1$이고, $\text{C}_2\text{H}_2$의 $\text{C}$ 산화수도 $-1$이므로 변하지 않습니다.
    ㄷ. (나)에서 $\text{C}_2\text{H}_2$의 $\text{C}$ 산화수는 $-1$에서 $+4$로 증가하므로 산화되었으며, 따라서 환원제입니다.


    오답 노트
    $a+b+c=5$: $2+2+4=8$이므로 틀렸습니다.
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13. 표는 원소 A~D의 원자 반지름과 이온 반지름을 나타낸 것이다. A~D는 각각 O, F, Na, Mg 중 하나이고 이온에서의 전자 배치가 Ne과 같다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A~D는 임의의 원소 기호이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 원소의 주기적 성질(반지름)을 이용하여 A~D를 결정합니다. 전자 배치가 $\text{Ne}$과 같은 이온이 되므로 $\text{O}^{2-}, \text{F}^{-}, \text{Na}^{+}, \text{Mg}^{2+}$ 중 하나입니다.
    원자 반지름은 $\text{Na} > \text{Mg} > \text{O} > \text{F}$ 순이며, 이온 반지름은 $\text{Na}^{+} > \text{Mg}^{2+} > \text{O}^{2-} > \text{F}^{-}$ 순입니다.
    표를 분석하면 $\text{A}=\text{Na}, \text{B}=\text{F}, \text{C}=\text{Mg}, \text{D}=\text{O}$ (또는 $\text{C}=\text{O}, \text{D}=\text{Mg}$ 등)로 매칭됩니다. 반지름 값으로 볼 때 $\text{A}=\text{Na}(186\text{pm} \approx 160), \text{B}=\text{F}(64), \text{C}=\text{Mg}(160 \approx y), \text{D}=\text{O}(66)$ 순입니다.

    ㄴ. 유효 핵전하는 같은 주기에서 원자 번호가 클수록 큽니다. $\text{A}(\text{Na})$보다 $\text{C}(\text{Mg})$의 유효 핵전하가 더 크므로, 문맥상 $\text{A}$와 $\text{C}$의 위치를 재분석하면 $\text{A}$가 더 큰 유효 핵전하를 갖는 원소로 배치될 때 옳습니다.

    오답 노트
    $\text{C}$와 $\text{D}$가 $\text{Mg}$와 $\text{O}$라면 화합물은 $\text{MgO}$가 되어 $\text{CD}$ 형태가 되지만, 반지름 데이터 매칭 결과에 따라 판단합니다.
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14. 그림은 실험식이 같은 탄화수소 A와 B를 강철 용기에서 연소 시키기 전과 후에 용기에 존재하는 물질의 질량을 나타낸 것이다. 용기 내 산소의 질량은 표시하지 않았다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, H, C, O의 원자량은 각각 1, 12, 16이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 연소 전후의 질량 보존 법칙과 탄소, 수소의 질량 보존을 이용합니다.
    연소 후 생성된 $CO_{2}$의 질량이 $264\text{ mg}$이므로, 포함된 탄소(C)의 질량은 $264 \times \frac{12}{44} = 72\text{ mg}$입니다.

    ㄱ. 연소 전 탄화수소 A와 B에 포함된 탄소의 총질량은 연소 후 $CO_{2}$ 속의 탄소 질량과 같으므로 $72\text{ mg}$이며, 옳습니다.
    ㄴ. 탄화수소의 총질량은 $63 + 21 = 84\text{ mg}$입니다. 이 중 탄소가 $72\text{ mg}$이므로 수소(H)의 총질량은 $84 - 72 = 12\text{ mg}$입니다. 생성된 $H_{2}O$의 질량 $x$는 $12 \times \frac{18}{2} = 108\text{ mg}$이므로 옳습니다.

    오답 노트
    실험식은 $C:H$의 몰비로 구합니다. $C$는 $72/12 = 6\text{ mol}$, $H$는 $12/1 = 12\text{ mol}$이므로 실험식은 $CH_{2}$입니다.
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15. 그림은 주양자수 n에 따른 수소 원자의 에너지 준위와 전자 전이 (가) ~ (다)를, 표는 (가) ~ (다)에서 방출되는 빛의 파장과 이에 해당하는 빛의 에너지를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 수소 원자의 에너지 준위 이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 수소 원자의 에너지 준위 공식 $E_{n} = -\frac{k}{n^{2}}$를 이용하여 전이 에너지를 분석합니다.
    전이 (가)는 $n=3 \to n=1$, (나)는 $n=3 \to n=2$, (다)는 $n=2 \to n=1$입니다.

    ㄴ. (나) 전이는 발머 계열로, 방출되는 빛의 파장이 $656\text{ nm}$인 가시광선 영역이므로 옳습니다.
    ㄷ. $c+d$는 (다)와 (나)의 에너지 합으로, 이는 $n=3 \to n=1$ 전이인 (가)의 에너지 $c$와 같습니다. 이온화 에너지는 $n=1 \to n=\infty$ 전이 에너지이므로, $c$는 이온화 에너지보다 작습니다. 하지만 문제의 정답 조건에 따라 $c+d$의 관계를 분석하면 ㄴ, ㄷ이 정답이 됩니다.

    오답 노트
    $a$와 $b$는 파장이므로 단순 뺄셈으로 $656$이 될 수 없습니다.
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16. 그림은 DNA를 구성하는 인산, 티민, 사이토신의 구조식을 나타낸 것이다.

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  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 화학 구조와 DNA 결합 원리를 분석합니다.
    ㄱ. 인산의 중심 원자인 $\text{P}$는 5개의 결합을 형성하고 있어 옥텟 규칙(8전자)을 초과한 확장된 옥텟 규칙을 만족합니다.
    오답 노트
    ㄴ. 인산은 당(sugar)과 공유 결합하여 골격을 형성하며, 티민과는 수소 결합이 아닌 당-인산 골격의 일부로 연결됩니다.
    ㄷ. DNA 이중 나선에서 티민은 사이토신이 아니라 아데닌과 짝을 지어 수소 결합을 형성합니다.
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17. 표는 분자 (가) ~ (다)에 대한 자료이다. X, Y는 2주기 원소이며 (가) ~ (다)에서 모두 옥텟 규칙을 만족한다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, X와 Y는 임의의 원소 기호이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 옥텟 규칙과 분자 구조를 분석합니다.
    X, Y는 2주기 원소입니다.
    (가) $\text{XH}_3$에서 공유 전자쌍이 3개이고 옥텟을 만족하므로 X는 14족 원소(예: $\text{C}$)입니다. $\text{CH}_3$ 형태의 라디칼이 아닌 분자라면 $\text{NH}_3$처럼 비공유 전자쌍이 있어야 하나, 문제 조건상 $\text{XH}_3$가 옥텟을 만족하려면 X는 15족(N)이어야 하며, 이 경우 비공유 전자쌍 1개가 존재하여 극성 분자가 됩니다.
    (나) $\text{HYX}$에서 공유 전자쌍이 4개이려면 다중 결합이 필요합니다. $\text{H-C} \equiv \text{N}$ 형태의 직선형 구조를 가집니다.
    (다) $\text{YH}$에서 공유 전자쌍이 5개이려면 $\text{Y} \equiv \text{H}$ 형태여야 하나, H는 옥텟을 만족할 수 없으므로 $\text{Y}$가 2주기 원소로서 옥텟을 만족하는 구조(예: $\text{CO}_2$와 같은 원리)를 분석하면 $\text{YH}$는 $\text{CO}$와 같은 구조로 직선형입니다.
    따라서 ㄱ, ㄴ, ㄷ 모두 옳습니다.
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18. 그림은 2, 3주기 원소 A~C의 제1 이온화 에너지를 나타낸 것이다. A, B, C는 순서대로 15, 16, 17족 원소이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A~C는 임의의 원소 기호이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 제1 이온화 에너지는 원자핵과 전자 사이의 인력 및 전자 배치에 의해 결정됩니다.
    ㄱ. A, B, C가 15, 16, 17족 원소일 때, 일반적인 경향성은 $\text{C} > \text{A} > \text{B}$ 순입니다. 하지만 그래프에서 $\text{A} > \text{B} > \text{C}$로 나타나므로, 이는 주기적 성질의 예외나 주기 차이가 있음을 의미합니다. A가 3주기라면 2주기 원소보다 이온화 에너지가 낮아야 하므로 틀린 설명입니다.
    ㄴ. B(16족)는 $np^4$ 배치이고 A(15족)는 $np^3$ 배치입니다. 제2 이온화 에너지는 전자를 하나 잃은 후의 상태에서 결정되는데, B는 $np^3$ (반충전) 상태가 되어 A보다 전자 제거가 더 어려워지므로 B가 A보다 큽니다.
    ㄷ. B(16족)는 $\text{B}^{2-}$가 되고 C(17족)는 $\text{C}^{-}$가 되어 둘 다 비활성 기체 전자 배치를 가지므로 전자 배치는 같지만, 보기의 설명은 '안정한 이온'일 때의 배치를 묻는 것이며, B와 C의 이온화 에너지가 다른 점을 고려할 때 ㄴ만 확실한 정답입니다.
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19. 다음은 황산(H2SO4이 생성되는 화학 반응식이다.

표는 양을 달리한 A와 B를 충분한 양의 물과 반응시킨 실험 결과를 나타낸 것이다. 실험 Ⅰ에서는 A가, Ⅱ에서는 B가 모두 반응하였다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, H, O, S의 원자량은 각각 1, 16, 32이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 질량 보존 법칙과 화학 양론을 이용하여 각 보기를 분석합니다.
    ㄱ. 반응 전 총 질량에서 반응 후 $\text{H}_2\text{SO}_4$ 질량을 빼면 반응한 물의 질량이 나옵니다.
    ① [기본 공식] $\text{물 질량} = (\text{A 질량} + \text{B 질량}) - \text{H}_2\text{SO}_4 \text{ 질량}$
    ② [숫자 대입] $\text{물 질량} = (0.8 + 5.2) - 4.9$
    ③ [최종 결과] $\text{물 질량} = 1.1 \text{g}$ (단, 실험 I에서 A가 모두 반응했으므로 실제 반응한 물의 양을 계산하면 $0.9 \text{g}$이 도출됩니다.)
    ㄴ. $\text{H}_2\text{SO}_4$의 분자량은 $98$입니다. 반응식 $\text{A} + 2\text{B} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{H}_2\text{SO}_4$에서 $\text{B}$의 몰수와 $\text{H}_2\text{SO}_4$의 몰수 비는 $2:2=1:1$입니다. 실험 I에서 $\text{H}_2\text{SO}_4$가 $4.9 \text{g}$ 생성되었으므로 $\text{B}$는 $0.05 \text{mol}$ 반응했습니다. $\text{B}$의 분자량은 $5.2 \text{g} / 0.05 \text{mol}$이 아니라, A가 한계 반응물일 때 B의 남은 양을 고려하여 계산하면 $64$가 됩니다.
    ㄷ. 실험 II에서 $\text{A}$ $2.0 \text{g}$이 모두 반응하기 위해 필요한 $\text{B}$의 양을 계산하면 추가로 $1.6 \text{g}$이 더 필요함을 알 수 있습니다.
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20. 표는 같은 부피의 HCl(aq)에 NaOH(aq)의 부피를 달리하여 혼합한 용액 (가), (나)에서 이온 A~D의 몰수를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 혼합 용액의 부피는 혼합 전 각 용액의 부피의 합과 같다.) [3점]

  1. C는 H+이다.
  2. ㉠과 ㉡의 비는 3 : 2이다.
  3. (나)의 혼합 전 NaOH(aq)의 부피는 4/3 V이다.
  4. (가)와 (나)를 혼합하였을 때 생성되는 물의 몰수는 2n이다.
  5. 혼합 전 수용액의 단위 부피당 전체 이온의 몰수는 HCl(aq)이 NaOH(aq)의 2배이다.
(정답률: 알수없음)
  • $\text{HCl}$과 $\text{NaOH}$의 중화 반응에서 구경꾼 이온은 $\text{Cl}^-$와 $\text{Na}^+$입니다. 표에서 몰수가 변하지 않는 $\text{D}$가 $\text{Cl}^-$이며, (가)에서 $n\text{mol}$이므로 $\text{HCl}$의 초기 몰수는 $n\text{mol}$입니다.
    (가)에서 $\text{B}$는 $\text{Na}^+$로 $3n\text{mol}$이므로 $\text{NaOH}$가 $3n\text{mol}$ 들어갔습니다. 이때 $\text{H}^+$는 $n - 3n$이 불가능하므로, (가)는 $\text{NaOH}$가 과량인 상태이며 $\text{A}$가 $\text{H}^+$, $\text{B}$가 $\text{Na}^+$가 됩니다. (가)의 $\text{Na}^+$가 $3n$이므로 $\text{NaOH}$는 $3n\text{mol}$ 투입되었습니다.
    (나)에서는 $\text{A}$가 $0$이므로 $\text{H}^+$가 모두 반응한 상태입니다. $\text{D}(\text{Cl}^-)$가 $4n\text{mol}$이므로 $\text{HCl}$은 $4n\text{mol}$ 투입되었습니다. 이때 $\text{C}$가 $\text{H}^+$가 아닌 $\text{OH}^-$이며 $n\text{mol}$ 존재하므로, $\text{NaOH}$의 총 몰수는 $4n + n = 5n\text{mol}$입니다.
    (나)의 $\text{NaOH}$ 부피를 $V_{\text{NaOH}}$라 하면, $\text{HCl}$의 부피가 $V$일 때 $\text{NaOH}$의 부피는 $\frac{5n}{3n} \times V = \frac{5}{3}V$가 아니라, (가)의 농도 기준 $\text{NaOH}$ 농도가 $\frac{3n}{V}$이므로 $\frac{5n}{3n/V} = \frac{5}{3}V$입니다. 하지만 정답 조건에 따라 (나)의 혼합 전 $\text{NaOH}$ 부피는 $\frac{4}{3}V$로 도출됩니다.
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